發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設計綜述

張隨會　孫哲

摘要：文章通過對火力發(fā)電廠的廠用電系統(tǒng)的廠用電母線接線、廠用電中性點接地方式、廠用電電壓等級、廠用電用電負荷等方面的分析，提煉出廠用電系統(tǒng)設計的要點，為火力發(fā)電廠廠用電設計提供了設計依據(jù)和參考，保證了發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設計的合理性與經(jīng)濟性。

關鍵詞：火力發(fā)電廠；廠用電系統(tǒng)；母線接線；中性點接地；電壓等級；廠用電負荷 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM621 文章編號：1009-2374（2015）19-0014-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.19.006

1 概述

近年來，我國一直提倡“和諧社會、循環(huán)經(jīng)濟”的能源發(fā)展模式，在此政策背景下我國逐步加大新能源發(fā)電的開發(fā)力度，包括風能、光伏發(fā)電、核能發(fā)電、潮汐發(fā)電、生物秸稈發(fā)電等發(fā)電模式。此類新能源發(fā)電較常規(guī)火力發(fā)電的最大優(yōu)勢是對環(huán)境造成的污染少，雖然如此，根據(jù)我國2015年度能源結(jié)構(gòu)統(tǒng)計規(guī)劃表顯示：火力發(fā)電占能源總份額比為63%；水電和核能發(fā)電占能源總份額比為9%；天然氣發(fā)電占能源總份額比為8.3%；其他化石能源發(fā)電占能源總份額比為17.1%；其他非化石能源發(fā)電占能源總份額比為2.6%。因此火力發(fā)電仍是我國能源的龍頭，這是由我國的資源結(jié)構(gòu)決定的。由于火力發(fā)電自身的復雜性以及國家對火力發(fā)電的高標準要求，火力發(fā)電技術需要不斷提高發(fā)展，才能適應和諧社會的要求。廠用電系統(tǒng)是火力發(fā)電廠設計中一個重要的分塊，本文單就火力發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)進行論述以點帶面解析與綜合廠用電系統(tǒng)的設計要點。

2 廠用電系統(tǒng)的母線接線

廠用電系統(tǒng)母線接線除了要滿足正常運營的相關規(guī)范和要求外，還要注意以下六點：（1）廠用電系統(tǒng)母線接線要保證每個用電單元的獨立性，不能因為一個用電單元的出現(xiàn)故障而影響整個廠用電系統(tǒng)的正常運行；（2）在供電過程中出現(xiàn)故障是不可避免的，所以在檢修的過程中就要協(xié)調(diào)好與正常供電的切換關系，在盡量不影響正常生產(chǎn)生活的前提下完成相關的事故檢修工作；（3）全廠性公用負荷接在專門設立的公用段上，避免廠用電系統(tǒng)的復雜化，無過渡問題。在設計階段要有預見性，避免重復性等浪費性建設；（4）做好廠供電系統(tǒng)的應急措施，備用電源要有專人看管維護，并且相關電壓、容量等參數(shù)規(guī)格要滿足正常的生產(chǎn)要求；（5）為了可持續(xù)發(fā)展，在設計階段要給其預留出發(fā)展的空間，不至于耽誤正常的生產(chǎn)；（6）引進新技術和新設備，科學技術是第一生產(chǎn)力，只有不斷創(chuàng)新才能贏得市場的競爭力，所以在廠用電系統(tǒng)中一定要積極引進合理實用的新技術，提高生產(chǎn)效率。

廠用電系統(tǒng)母線分段的主要原則是按鍋爐的容量決定廠用母線分段：鍋爐容量為65t/h及以下時，高壓廠用電母線兩爐合用一段母線，低壓廠用電母線兩爐合用一段母線；鍋爐容量介于120～220t/h時，高壓廠用電母線每爐一段。低壓廠用電母線每爐一段；鍋爐容量介于400～670t/h時，高壓廠用電母線每爐兩段，低壓廠用電母線每爐兩段；鍋爐容量為1000t/h及以上時，高壓廠用電母線每一級高壓廠用母線為兩段，低壓廠用電母線每爐兩段。之所以采用按鍋爐容量分段高、低壓廠用電母線，目的是為了保證廠用電系統(tǒng)的供電可靠性和經(jīng)濟性，可以防止運行人員跑錯間隔誤拉誤送。

需要觀念延伸的是隨著發(fā)電機組容量的不斷擴大，汽輪機輔機的容量也不斷增大，大容量機組都機、爐單元集中控制。

“按爐分段”是高低壓母線分段的主要原則，但當分段母線的連接斷路器參數(shù)（主要是額定電流及短路容量）和電動機啟動時的電壓降不能滿足要求時，可根據(jù)實際所選合適的斷路器數(shù)量決定母線分段數(shù)。

3 廠用電系統(tǒng)中性點接地方式

廠用電系統(tǒng)包括高壓系統(tǒng)和低壓系統(tǒng)兩部分。

3.1 高壓廠用電系統(tǒng)

高壓廠用電系統(tǒng)有以下三種接地方式：

3.1.1 中性點不接地方式。此種接地方式能夠阻斷流經(jīng)主變中性點的短路電流，因而此種接地方式所采用的保護方式靈敏度較低，一般發(fā)生單相接地故障后，非故障相仍可持續(xù)運行2h，保障了供電的可靠性。但若廠用電系統(tǒng)容量大，且線路尤其是電纜線路敷設較長時，會造成單相接地故障時的電容電流過大，當大于某一個值時可能會發(fā)生電弧放電，且接地電弧不能自動消除，將產(chǎn)生較高的電弧接地過電壓（可達到額定相電壓的3.5～5倍），并且故障有可能進一步擴大為多相故障，危害整個廠用電系統(tǒng)。此種情況下接地保護應該動作于跳閘，立刻中斷對廠用設備的供電，但由于中性點不接地，其實現(xiàn)選擇性保護較困難，需要采用靈敏的零序方向保護，也可采用反映零序過電壓的母線監(jiān)測裝置，通過對饋線逐條拉閘來判斷出故障回路，實際操作較為復雜和機械，因此在實際中較少運用到，實際設計中應先準確地計算出單相接地時電容電流的大小，以選用更為合理的中性點接地方式。

3.1.2 中性點經(jīng)高電阻接地方式。此種接地方式的特點是既能保證一定的流經(jīng)中性點的電流，為保護裝置提供采樣，同時由于中性點電流的流通避免了故障相過電壓倍數(shù)過高。為了降低間歇性電弧接地的過電壓水平和便于尋找接地故障點的情況，應通過計算選擇適當?shù)碾娮柚担軌蚩刂齐妷核皆谝?guī)定閾值之內(nèi)，保證設備和人員的安全性。此外，這種接地方式最大的優(yōu)點是具有選擇性，當發(fā)生單相接地故障時，故障點流過一固定值的電阻性電流，保證故障饋線的零序保護動作，其總接地電流小于15A時可僅動作于信號，當接地電流大于15A時改為中電阻接地方式，保護動作于跳閘。同時該接地方式實際中運用較方便，無需設置大電阻器，采用二次側(cè)接小電阻器的配電變壓器可等效為高電阻器，節(jié)省了工程造價。其接線示意圖見圖1：

圖1 中性點高電阻接線示意圖

3.1.3 中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。此種接地方式適用于單相接地電容電流較大的情況，當出現(xiàn)故障時，這種接地方式可產(chǎn)生感性電流來補償電容電流，以達到持續(xù)供電的目的。此種接地方式最大的優(yōu)點是不僅具有選擇性，還具有可調(diào)節(jié)的靈敏性。實際運用中在消弧線圈的二次側(cè)并聯(lián)電阻，并且二次側(cè)并聯(lián)電阻應有與消弧線圈分接頭相匹配的調(diào)節(jié)分接頭，當機組的負荷變化時，通過改變分接頭的接地形式來自適應系統(tǒng)電容電流的變化，與此同時還要相應地改變相關的電阻來保障故障電流的不變。這一接地方式的靈活性也注定了其復雜性，消弧線圈接地方式運行比較復雜，需要增設接地投資，保護的設置也較為復雜。其接線示意圖見圖2：

圖2 中性點消弧線圈接線示意圖

通過以上的敘述綜合可知，高壓廠用電系統(tǒng)接地方式的選擇依據(jù)主要是接地電容電流及接地過電壓水平。

3.2 低壓廠用電系統(tǒng)

低壓廠用電系統(tǒng)有以下兩種接地方式：

3.2.1 中性點經(jīng)高電阻接地方式，適用范圍較廣，發(fā)電廠低壓廠用電系統(tǒng)一般均可采用，一旦出現(xiàn)故障就可以自動停止運行，并且此種接地方式也防止了由于熔斷器一相熔斷造成的電動機兩相運轉(zhuǎn)，提高了低壓廠用電系統(tǒng)的運行可靠性。

3.2.2 中性點直接接地方式，主要適用于不甚重負的負荷供電。此種接地方式當單相接地發(fā)生故障時，中性點電壓不會發(fā)生位移，可降低系統(tǒng)的額絕緣要求。

4 廠用電系統(tǒng)電壓等級

廠用電系統(tǒng)電壓等級主要與以下因素相關：廠用電發(fā)動機的電壓、發(fā)電機的額定電壓和廠用電網(wǎng)絡安全性等方面，另外還需考慮經(jīng)濟和技術層面的可行性綜合做出判斷。發(fā)電廠里各種電動機容量相差很大，從幾瓦到幾兆瓦，而電動機的電壓和容量有關，因此，必須根據(jù)所拖動設備的功率以及電動機的制造情況來進行電壓選擇。電壓等級的確定還要注意不要確定過多的等級，若電壓等級過多會造成設備接線復雜，反而不會對生產(chǎn)提供較為有利的幫助。我廠廠用電壓等級設為兩檔，分別是高壓的6千伏檔和低壓的0.4千伏檔，這種根據(jù)實際情況合理的設置可以在保證正常供電的同時，運營維護也簡單方便，符合相關的生產(chǎn)實際需要。

5 廠用電系統(tǒng)用電負荷

廠用電負荷根據(jù)重要性的不同接入到不同的供電系統(tǒng)，負荷的分類是廠用電系統(tǒng)的設計的基礎，廠用電負荷按重要性可大致分為五類：

5.1 Ⅰ類負荷

短時停電除了會損害設備外，還會使相關工作人員的生命財產(chǎn)安全遭到威脅，使機組工作暫?；虬l(fā)電量大幅度下降，此類負荷應設置備用電源，例如發(fā)電廠鍋爐部分的風機、供煤系統(tǒng)的磨煤機、給煤機、給粉機等。

5.2 Ⅱ類負荷

允許短時停電，但較長時間停電有可能損壞設備或影響機組正常運轉(zhuǎn)的負荷，此類負荷應由兩個獨立電源供電，例如發(fā)電廠鍋爐部分備用風機、鍋爐啟動風機、疏水泵等。

5.3 Ⅲ類負荷

長時間停電不會直接影響生產(chǎn)者，此類負荷一般由一個電源供電，例如發(fā)電廠輔助車間油處理設備、電氣試驗室、通風機等。

5.4 事故保安負荷

當廠區(qū)發(fā)生斷電的故障后，機組停運，但為了設備和相關人員的安全，還需繼續(xù)供電的負荷，例如發(fā)電廠輔機交流潤滑油泵、盤車電動機、頂軸油泵、汽機部分潤滑油泵等。

5.5 不間斷供電負荷

在機組正常運行、停機甚至停機后的階段，需要進行連續(xù)供電的負荷，例如電子計算機、調(diào)度通訊、自動控制遠動通訊電源、熱工保護、調(diào)節(jié)裝置等。

廠用電負荷的重要性決定了其供電電源性質(zhì)及低壓廠用電接線方式，電力負荷的梳理是低壓廠用電系統(tǒng)設計的必要前提，設計中應予以足夠重視。

6 結(jié)語

發(fā)電廠廠用電系統(tǒng)設計是發(fā)電廠自身電能傳輸消耗網(wǎng)絡系統(tǒng)，它是發(fā)電廠正常運轉(zhuǎn)甚至是發(fā)電廠安全、可靠的保障，其在發(fā)電廠設計中的重要性體現(xiàn)在“后勤保障”上，實際的廠用電系統(tǒng)設計不僅僅包含上述四個方面，還包含廠用電源的引接、廠用負荷的供電方式、配套低壓檢修供電網(wǎng)絡等，其復雜性決定了設計中應予以足夠重視。

參考文獻

[1] 中國航空工業(yè)規(guī)劃設計研究院.工業(yè)與民用配電設計手冊[M].北京：中國電力出版社，2005.

[2] 供配電系統(tǒng)設計規(guī)范（GB 50052/95）[S].

[3] 低壓配電設計規(guī)范（GB 50054-2011）[S].

[4] 工廠常用電氣設備手冊編寫組.工廠常用電氣設備手冊[M].北京：水利電力出版社，1986.

作者簡介：張隨會（1975-），男，陜西西安人，陜西能源集團清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設備自動化及運行與管理；孫哲（1989-），男，陜西咸陽人，陜西能源集團清水川發(fā)電公司助理工程師，研究方向：發(fā)電廠電氣設備自動化及運行管理。

（責任編輯：周 瓊）